Innovatives Turbinenkonzept ermöglicht kompakten Neubau des Kraftwerks Stegenwald

Im September 2025 haben die Projektpartner VERBUND und Salzburg AG ihr neues Gemeinschaftskraftwerk Stegenwald an der Salzach offiziell eingeweiht. Das Laufwasserkraftwerk, mit dem der Strombedarf von rund 20.000 Haushalten abgedeckt wird, zeichnet sich durch ein innovatives Funktionskonzept aus. Dank der besonderen Einbaulage der beiden Kaplan-Turbinen, die in einer überströmten Maschinenhalle untergebracht sind, können die zwei Turbinenfelder auch für die Hochwasserabfuhr genutzt werden. Geliefert wurden die speziellen Turbinen mit jeweils 7,15 MW Engpassleistung von der oberösterreichischen Global Hydro Energy GmbH. Die international renommierten Wasserkraftexperten konnten im Rahmen des prestigeträchtigen Projekts ihre jahrzehntelange Erfahrung und ihre technische Lösungskompetenz voll unter Beweis stellen.

Kraftwerk Stegenwald an der Salzach: Kompakter Neubau mit innovativem Turbinenkonzept

Der VERBUND und die Salzburg AG mussten eine ganze Reihe von Hürden nehmen und viel Geduld beweisen, bis die Bauarbeiten für ihr neues Gemeinschaftskraftwerk Stegenwald an der mittleren Salzach Anfang 2023 beginnen konnten. Neben den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen waren vor allem die Beschwerden der Salzburger Umweltanwaltschaft maßgeblich für die Projektverzögerung. Bemerkenswert schnell erfolgte dafür die Errichtung der Ökostromanlage, vom Baustart bis zur Inbetriebnahme dauerte es lediglich zweieinhalb Jahre.

Optimiertes Kraftwerksdesign schafft Platz an der Salzach

Ursprünglich sollte das Kraftwerk Stegenwald mit dem an der Salzach üblichen Funktionskonzept, das drei Wehrfelder und zwei Kaplan-Rohrturbinen vorsieht, ausgeführt werden. Von diesem Konzept mussten die Projektpartner aufgrund von Planungen der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) allerdings abrücken. „Der Streckenabschnitt am Pass Lueg bildet für die ÖBB seit jeher ein Nadelöhr, an dem Naturgefahren wie Lawinen, Steinschläge oder Hochwässer auftreten können. Um diese riskante Stelle zu entschärfen, planen die ÖBB für die Zukunft eine Linienoptimierung, wozu allerdings mehr Platz benötigt wird. Aus diesem Grund wurde für das neue Wasserkraftwerk ein alternatives Design gewählt, das eine kompaktere Ausführung des Bauwerks und somit mehr Platz für die zukünftige Schienenführung bietet“, erklärt VERBUND-Projektleiter Hannes Badura. Die Neukonzeptionierung basiert auf einer überströmten Maschinenhalle, womit auch die Turbinenfelder durch den Einbau entsprechender Wehrklappen zur Hochwasserabfuhr genutzt werden können. Diese innovative Variante, mit der nur mehr zwei anstelle von drei Wehrfeldern benötigt wurden, sorgte zudem für eine beträchtliche Verminderung des Bauaufwands.

Global Hydro liefert Spezialturbinen für kompaktes Salzachkraftwerk

Der zentrale Punkt, der die kompaktere Ausführung des Kraftwerks realisierbar machte, war die spezielle Einbauposition der Turbinen. Grundsätzlich handelt es sich bei den Maschinen um eine Kombination aus vertikaler Kaplan-Spiralturbine und horizontaler Rohrturbine. Bei dieser Bauform gelangt das Triebwasser nicht von vorne, sondern von oben durch eine neu entwickelte und speziell geformte Einlaufspirale zum Turbinen-Laufrad. Diese Ausführung erfordert auch eine alternative Anordnung von Getriebe und Generator, welche nicht wie üblich vertikal auf der Turbine, sondern in horizontaler Position davor positioniert werden. Der Auftrag zur Lieferung der Maschinensätze und der dazugehörigen Subaggregate wurde im Rahmen der öffentlichen Ausschreibung Anfang 2023 an die oberösterreichische Global Hydro Energy GmbH vergeben. Das sollte sich als gute Wahl herausstellen, denn die im Mühlviertel ansässigen Branchenspezialisten hatten schon in der Vergangenheit mehrere Kraftwerke mit ähnlichen Maschinen ausgerüstet und verfügten somit über umfassende Erfahrung mit diesem Turbinentyp. Für die Ausrichtung in horizontaler Richtung mussten jedoch einige Bereiche geometrisch neu entwickelt werden. Der Global Hydro-Turbinendesigner Christian Witti, der an der Entwicklung des Maschinenkonzepts von Beginn an federführend beteiligt war, betont, dass der Projekterfolg vielen klugen Köpfen zu verdanken ist: „Wir haben die Lorbeeren nicht alleine verdient. Das Gesamtkonzept des Kraftwerks bzw. der elek­trohydraulischen Ausstattung stammt vom VERBUND und der Salzburg AG. Bei der Detailkonstruktion und bei der hydraulischen Konzeption haben wir uns eng mit den Auftraggebern sowie Partnern ausgetauscht.“

Getriebe-Kaplan-Turbinen als optimale Lösung für den Standort Stegenwald

Christian Witti merkt an, dass der Einsatz von Turbinen mit Getriebeübersetzungen beim Kraftwerk Stegenwald nicht nur wegen der Hochwasserthematik eine sehr gute Lösung darstellte. „Weil die Lastfähigkeit der Zufahrtsbrücke zur Baustelle auf maximal 85 Tonnen beschränkt war, durften die Maschinen nicht zu schwer ausfallen. Ein Maschinensatz, bei dem Turbine und Generator direkt miteinander gekoppelt sind, hätte diese Gewichtsbeschränkung sicherlich übertroffen. Zudem durften die Hauptkomponenten der Turbinen auch nicht zu groß ausfallen, da diese durch eine enge Bahnunterführung in der Nähe der Baustelle transportiert werden mussten.“ Durch die Getriebeversionen konnte eine Aufteilung der Maschinensätze in vergleichsweise kompakte und leichte Baugruppen erfolgen, die im Wesentlichen aus Generatoren, Getrieben und Turbinen bestehen. Auch betriebswirtschaftliche Gründe sprachen für den Einsatz dieser Turbinen. Die Gesamtanlage ist aufgrund der Getriebelösungen kostengünstiger in der Herstellung. Außerdem können horizontalachsige Turbinen im Regelfall um ca. 1 bis 1,5 Prozent höhere Wirkungsgrade als vertikal ausgerichtete Maschinen erzielen.

Durchdachtes Maschinenkonzept für anspruchsvolle Randbedingungen

„Global Hydro hat viel Zeit und Entwicklungsarbeit in das prestigeträchtige und technisch äußerst interessante Projekt investiert. Nachdem wir den Zuschlag Anfang 2023 erhalten haben, wurde mit Hochdruck daran gearbeitet, den Auftrag im vorgegebenen Zeitraum umsetzen zu können. Dabei ist zwar das eine oder andere graue Haar mehr gewachsen, es hat sich aber definitiv ausgezahlt. Was das technische Know-how und Fachwissen angeht, haben alle Beteiligten von dem Projekt profitiert“, so Christian Witti. Der Projektingenieur weist darauf hin, dass horizontale Turbinen im Vergleich zu vertikalen Maschinen generell erhöhten Konstruktions- und Berechnungsaufwand mit sich bringen: „Man musste sich extrem viele Gedanken machen, wie man die einzelnen Komponenten einbringt, montiert und ausrichtet.“ Damit die Turbinen alle temperatur- und lastabhängigen Verformungen unbeschadet überstehen, wurden genaueste Überlegungen angestellt. Die Krafteinleitung wurde dadurch optimiert, indem das Axiallager des Getriebes, das sich üblicherweise auf der Hinterseite befindet, nach vorne verlegt wurde. Außerdem wurde ein konisches Gehäuse konstruiert, um die Kräfte lokal zu halten. Also genau dort, wo sie entstehen. In diesem Zusammenhang erwähnt Christian Witti ein prägnantes Zitat von Gerhard Penninger, dem Leiter der Abteilung Maschinen- und Stahlwasserbau bei VERBUND: „Wir tragen keine Kräfte spazieren.“

Kaplan-Turbinen für geschiebereiche Salzach ausgelegt

Da die Salzach viel Schotter und Kies transportiert, war auch die Thematik der Geschiebedurchgängigkeit ein wichtiger Punkt bei der Konstruktion. Damit der natürliche Geschiebetrieb des Gewässers den Anlagenbetrieb nicht beeinträchtigt, wurden mehrere Maßnahmen gesetzt, sagt Christian Witti: „Die Fließgeschwindigkeit wurde speziell im unteren Bereich der Spirale sehr hoch gestaltet, um das Geschiebe mitzubefördern. Speziell geformte Einlauframpen dienen dazu, das anfallende Geschiebe mittig durch die Turbine abzuleiten. Durch die hohe Geschwindigkeit wird verhindert, dass das Material in der Turbine verbleibt und in weiterer Folge den Querschnitt der Spirale verengt. Zudem wurden an den tiefsten Punkten separate Spülleitungen gesetzt, mit denen Schotteransammlungen im Anlassfall entfernt werden können. Zusätzlich wurden bei den Einlaufbereichen der Turbinen mehrere Schotterkanten installiert, die das Geschiebe vorrangig zu den Wehrfeldern umleiten.“

Leistungsstarke Kaplan-Turbinen mit hoher Regelbandbreite

Die beiden Kaplan-Turbinen wurden auf eine Ausbauwassermenge von jeweils 101,5 m³/s und 8,09 m Nettofallhöhe aus­gelegt, womit diese im Volllastbetrieb je 7,15 MW Engpassleistung erreichen. Dank der doppelten Regulierfähigkeit durch die individuell verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln können die Maschinen von Global Hydro auch bei geringerer Wasserführung über ein breites Betriebsspektrum hinweg effektiv Strom erzeugen. Jedes der beiden Turbinen-Laufräder hat einen Durchmesser von 3.600 mm und wurde als 4-flügelige Variante ausgeführt, die Nenndrehzahl beträgt jeweils exakt 130,4 U/min. Die Synchron-Generatoren werden über die Getriebe mit dem Übersetzungsverhältnis 1:5,75 mit 750 U/min angetrieben. Komplettiert wurde der Global Hydro-Lieferumfang durch die Hydraulikeinheiten und die Schmier- und Kühlaggregate, die ebenso wie die Generatoren und Getriebe von namhaften Herstellern aus der Wasserkraft- und Energiebranche stammen.

Vormontage beschleunigt Turbinenmontage auf der Baustelle

Die einzelnen Turbinenteile wurden baugruppenweise in der Global Hydro-Zentrale in Niederranna hergestellt und nach der Fertigung ausführlichen Prüfungen und Funktionstests unterzogen. „Um den Montageaufwand auf der Baustelle möglichst gering zu halten, wurden die Antriebsstränge der Maschinen, bestehend aus Turbinendeckeln, Turbinenwellen und Turbinenlagerungen, als komplett vormontierte Einheiten ausgeliefert“, erklärt Global Hydro-Projektleiter und -koordinator Rainer Pühringer: „Damit es zu keinen Verzögerungen auf der Baustelle kommt, war es sehr wichtig, dass die Maschinenteile fristgerecht zugestellt und montiert werden. Bei der Transportthematik haben wir uns auf eine ‚just in time delivery‘ konzentriert. Die Komponenten wurden also genau dann geliefert, wenn sie benötigt wurden. Das war bei einem Projekt dieser Größenordnung, bei dem immer wieder kurzfristig auf verschiedene Änderungen flexibel reagiert werden musste, durchaus mit einigen Herausforderungen verbunden.“ Der Einbau bzw. die Installation des elektromechanischen Equipments auf der Kraftwerksbaustelle erfolgte in zwei Hauptmontageeinsätzen. Zunächst wurden im Sommer 2024 die großen Stahlbauteile wie Leitapparat, Stützschaufelring und Saugrohrkonus montiert, genauestens ausgerichtet und verankert. Trotz grenzwertiger Windverhältnisse konnte das erfahrene Global Hydro- Baustellenteam das Einheben der ca. 30 Tonnen schweren Komponenten mit dem Einsatz von mobilen Schwerlastkränen erfolgreich bewältigen. Damit war der erste Schritt der Turbinenmontage gesetzt und die Bauarbeiten konnten wie geplant fortschreiten. Im Dezember 2024 stand schließlich die Zweitmontage auf dem Programm, bei der die Maschinensätze zu ihrer finalen Form zusammengesetzt wurden. Dabei wurden zunächst die vormontierten Antriebsstränge in den Maschinenraum eingehoben und exakt ausgerichtet. Danach folgte die Montage der Getriebe und Generatoren sowie die Installation der sekundärtechnischen Subaggregate. „Die Zweitmontage war in zeitlicher Hinsicht eine ziemliche Herausforderung. Durch unsere flexible Herangehensweise können wir stets schnell reagieren und zusätzliche Ressourcen schaffen, wenn es nötig ist“, betont Rainer Pühringer.

Referenzkraftwerk Stegenwald erfolgreich in Betrieb genommen

Im Anschluss an die kurz nach dem vergangenen Jahreswechsel durchgeführten Trockentests konnten im heurigen Frühjahr schließlich die Nassinbetriebnahmen der Turbinen starten. Bereits Ende April 2025 begann die finale Inbetriebsetzung des Kraftwerks, wobei ausführliche Netzsynchronisierungen, Feinjustierungen, Differenzdruckmessungen und Abschaltversuche in verschiedenen Leistungsbereichen durchgeführt wurden. Nachdem beide Maschinensätze den Probetrieb mit Bravour bestanden hatten, konnte das neue Salzachkraftwerk im heurigen Juli in den Regelbetrieb übergehen. Bei Global Hydro zeigt man sich sehr zufrieden über den erfolgreichen Projektabschluss. „Es war sehr erfreulich, dass wir unsere Kompetenz bei einem neuen Kraftwerk von VERBUND und der Salzburg AG unter Beweis stellen konnten. Angesichts der bisherigen Betriebserfahrung und dem Feedback der Auftraggeber können wir von einem großen Erfolg des Projekts sprechen“, so Rainer Pühringer. „Das Kraftwerk Stegenwald dürfen wir uns definitiv als Referenzanlage auf die Fahnen heften“, betont Christian Witti: „Das anspruchsvolle Projekt konnte trotz zahlreicher Herausforderungen in einem kurzen Umsetzungszeitraum zu einem erfolgreichen Abschluss gebracht werden. Und ganz wichtig: Wir haben wieder einmal bewiesen, dass Global Hydro auch im Spezialturbinenbau über die höchste Entwicklungs- und Fertigungskompetenz verfügt.“

Erschienen in zek HYDRO, Ausgabe 6/2025